JP4872366B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に関するものである。

従来、ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく転舵輪の第２の舵角（ＡＣＴ角）を上乗せすることにより、ステアリングの舵角（操舵角）と転舵輪の舵角（転舵角）との間の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置がある。そして、こうした車両用操舵装置において、駆動源であるモータの制御は、通常、上記ＡＣＴ角をその指令値に追従させるべくフィードバック制御により行われる。

ところが、こうしたＡＣＴ角とその指令値との偏差に基づくフィードバック制御では、その偏差が小さい場合、モータへの通電電流量もまた小さくなり、ステアリング操作に対する転舵輪の応答性及び操舵反力が低下する、即ち所謂ステアリング剛性感が低下するという問題がある。そして、その傾向は、特に操舵角がステアリング中立位置付近で略一定に保持される直線走行時に顕著なものとなる。このため、従来、こうした問題を解消すべく、操舵角がステアリング中立近傍の所定範囲内にある場合には、モータへの通電相を固定してロックする、或いは上記所定範囲内におけるフィーバックゲインを高く設定する（例えば、特許文献１参照）等の対策がなされている。
特開２００５−１７０１２９号公報

しかしながら、上記従来の方法では、何れの場合も、ステアリング中立を維持する限り、モータには、大きな駆動電力が供給され続けることとなる。このため、エネルギー効率の悪化を招くのみならず、モータコイル及び駆動回路を含む電力供給経路に発熱が生ずるという問題があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、エネルギー効率の悪化や電力供給経路における発熱を招くことなくステアリング剛性感を向上させることのできる車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記転舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングの舵角と前記転舵輪の舵角との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、前記伝達比可変装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、指令値と実際値との偏差に基づくフィードバック制御によりモータを制御する車両用操舵装置であって、前記制御手段は、前記偏差が所定の閾値以下の場合には、前記モータの制御を回生モードに切り替え、前記制御手段は、車速が大となるほど前記閾値を大きな値に変化させること、を要旨とする。

上記構成によれば、例えば直線走行時のように、指令値と実際値との偏差が小さい場合であっても、モータの回生ブレーキ作用により、そのステアリング剛性感を向上させることができる。そして、モータに大電流が通電されることもないことから、電力供給経路（モータコイルや駆動回路等）の発熱を抑制することができる。
また、車速が大となるほど運転者は高いステアリング剛性感を求める傾向がある。従って、車速が大となるほど閾値を大きな値に変化させることで、高速走行時に要求されるステアリング剛性感と低中速走行時のステアリング操作に対する優れた応答性とを両立させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、操舵角が所定値よりも大きい場合には、前記回生モードへの切替を行わないこと、を要旨とする。
即ち、最も電力供給経路における発熱が問題となりやすいのは、長時間にわたりステアリング操作が略一定となる直線走行時である。従って、操舵角がステアリング中立付近にない場合には、回生モードとせず、通常のフィードバック制御を行うことで、ステアリング操作に対する優れた応答性を確保することができる。

本発明によれば、エネルギー効率の悪化や電力供給経路における発熱を招くことなくステアリング剛性感を向上させることの可能な車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明を伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の車両用操舵装置１の概略構成図、図２は、その制御ブロック図、そして、図３（ａ）（ｂ）は、伝達比可変制御の作用説明図である。図１に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両進行方向が変更されるようになっている。尚、本実施形態の車両用操舵装置１は、所謂ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）であり、ボール螺子機構（図示略）を介して駆動源であるモータ７の発生するアシストトルクをラック５に伝達することにより、操舵系にアシスト力を付与するようになっている。

また、本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）と転舵輪６の舵角（転舵角）との間の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置８と、該伝達比可変装置８の作動を制御する制御手段としてのＩＦＳＥＣＵ９とを備えている。

詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト１０とラックアンドピニオン機構４に連結される第２シャフト１１とからなり、伝達比可変装置８は、第１シャフト１０及び第２シャフト１１を連結する差動機構１２と、該差動機構１２を駆動するモータ１３とを備えている。そして、伝達比可変装置８は、ステアリング操作に伴う第１シャフト１０の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第２シャフト１１に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）する。

つまり、図３（ａ）（ｂ）に示すように、伝達比可変装置８は、ステアリング操作に基づく転舵輪６の舵角（ステア転舵角θts）にモータ駆動に基づく転舵輪の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsと転舵角θtとの間の伝達比を可変させる。

尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「操舵角θsと転舵角θtとの間の伝達比」をオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）で表した場合、ステア転舵角θtsと同方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は小さくなる（転舵角θt大、図３（ａ）参照）。そして、逆方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は大きくなる（転舵角θt小、図３（ｂ）参照）。

また、本実施形態のモータ１３は、ブラシレスモータであり、ＩＦＳＥＣＵ９から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力が供給されることにより回転する。そして、ＩＦＳＥＣＵ９は、この駆動電力の供給を通じてモータ１３の回転を制御することにより、伝達比可変装置８の作動、即ちＡＣＴ角θtaを制御する（伝達比可変制御）。

次に、本実施形態の車両用操舵装置の電気的構成及び制御態様について説明する。
図１に示すように、ＩＦＳＥＣＵ９には、操舵角センサ１６により検出された操舵角θs（操舵速度ωs）、及び車速センサ１７により検出された車速Ｖが入力されるようになっている。そして、ＩＦＳＥＣＵ９は、これら操舵角θs（操舵速度ωs）及び車速Ｖに基づいてモータ１３の回転を制御することにより伝達比可変装置８の作動、即ち伝達比可変制御を実行する。

詳述すると、図２に示すように、ＩＦＳＥＣＵ９は、モータ制御信号を出力するマイコン２１と、モータ制御信号に基づいてモータ１３に駆動電力を供給する駆動回路２２とを備えている。

マイコン２１は、ギヤ比可変制御演算部２３及び微分ステア制御演算部２４を備えており、ギヤ比可変制御演算部２３には、操舵角θs及び車速Ｖが入力され、微分ステア制御演算部２４には、車速Ｖ及び操舵速度ωsが入力される。そして、ギヤ比可変制御演算部２３は、車速Ｖに応じてギヤ比（伝達比）を可変させるための制御目標成分であるギヤ比可変指令角θgr*を演算し、微分ステア制御演算部２４は、操舵速度ωsに応じて車両の応答性を向上させるための制御目標成分である微分ステア指令角θls*を演算する。

ギヤ比可変制御演算部２３及び微分ステア制御演算部２４により演算されたギヤ比可変指令角θgr*及び微分ステア指令角θls*は、加算器２５へと入力される。そして、この加算器２５において、これらギヤ比可変指令角θgr*及び微分ステア指令角θls*が重畳されることによりＡＣＴ指令角θta*が演算される。

また、ＩＦＳＥＣＵ９には、モータ１３に設けられた回転角センサ２６が接続されており、加算器２５において演算されたＡＣＴ指令角θta*は、回転角センサ２６の出力するモータ回転角θmに基づき演算されるＡＣＴθtaとともに、減算器２７に入力される。そして、位置制御演算部２８は、指令値であるＡＣＴ指令角θta*とＡＣＴ指令角θta*の実際値との偏差Δθtaに基づくフィードバック演算により電流指令εを演算してモータ制御信号出力部２９に出力し、モータ制御信号出力部２９は、この電流指令εに基づいてモータ制御信号を生成する。

一方、本実施形態では、駆動回路２２は、モータ１３の各相に対応する複数（２×３個）のスイッチング素子（ＦＥＴ）により構成され、車載電源（バッテリ）３０とモータ１３との間の電力供給経路の途中に設けられている。具体的には、駆動回路２２は、ＦＥＴ３１ａ，３１ｄ、ＦＥＴ３１ｂ，３１ｅ、及びＦＥＴ３１ｃ，３１ｆの各組の直列回路を並列接続してなり、ＦＥＴ３１ａ，３１ｄ、ＦＥＴ３１ｂ，３１ｅ、ＦＥＴ３１ｃ，３１ｆの各接続点３２ｕ，３２ｖ，３２ｗはそれぞれモータ１３の各相モータコイルに接続されている。そして、各ＦＥＴ３１ａ〜３１ｆのゲート端子はマイコン２１に接続され、同マイコン２１（モータ制御信号出力部２９）から出力されるモータ制御信号に応答して各ＦＥＴ３１ａ〜３１ｆがオン／オフすることにより、車載電源３０の直流電力が三相の駆動電力に変換されてモータ１３に供給されるようになっている。

（回生制御）
さて、上述のように、ＡＣＴ角θtaとＡＣＴ指令角θta*との偏差Δθtaに基づくフィードバック制御では、その偏差Δθtaが小さい場合、モータ１３への通電電流量もまた小さくなり、ステアリング剛性感が低下するという問題がある。

この点を踏まえ、本実施形態では、マイコン２１は、偏差Δθta（の絶対値）が所定の閾値α以下である場合には、駆動回路２２に出力するモータ制御信号をモータ１３の各相間を短絡させるものに切り替えて、同モータ１３を発電機として機能させる回生モードとする。そして、その回生ブレーキ作用によりステアリング剛性感の向上を図るようになっている。

具体的には、本実施形態のマイコン２１は、切替判定部３３を備えており、同切替判定部３３には、上記フィードバック制御（伝達比可変制御）における偏差Δθtaが入力される。そして、切替判定部３３は、その偏差Δθtaが所定の閾値α以下である場合には、モータ制御信号出力部２９に切替信号Ｓcを出力し、モータ制御信号出力部２９は、下段のＦＥＴ３１ｄ，３１ｅ，３１ｆを全て「オン」とすべきモータ制御信号を駆動回路２２に出力するようになっている。

即ち、図４のフローチャートに示すように、マイコン２１は、ＡＣＴ角θtaとＡＣＴ指令角θta*との偏差Δθtaを取得すると（ステップ１０１）、続いてその偏差Δθtaが所定の閾値α以下である否かを判定する（ステップ１０２）。そして、偏差Δθtaが閾値α以下である場合（|Δθta|≦α、ステップ１０２：ＹＥＳ）には、駆動回路２２に出力するモータ制御信号をモータ１３の各相間を短絡させるものに切り替えて回生モードとし（ステップ１０３）、偏差Δθtaが閾値αよりも大きい場合には、フィードバック制御に基づき生成されたモータ制御信号を駆動回路２２に出力する（通常モード、ステップ１０４）。

以上、本実施形態の構成によれば、直線走行時等のＡＣＴ角θtaとＡＣＴ指令角θta*との偏差Δθtaが小さい場合であっても、モータ１３の回生ブレーキ作用により、そのステアリング剛性感を向上させることができる。そして、モータ１３に大電流が通電されることもないことから、電力供給経路（モータコイルや駆動回路等）の発熱を抑制することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・操舵角θs（の絶対値）が所定値よりも大きい場合には、上記回生モードへの切替を行わないこととしてもよい。即ち、最も電力供給経路における発熱が問題となりやすいのは、長時間にわたりステアリング操作が略一定となる直線走行時である。従って、操舵角θsがステアリング中立付近にない場合には、通常のフィードバック制御を行うことで、ステアリング操作に対する優れた応答性を確保することができる。

・車速Ｖに応じて回生モードへの切替判定における閾値αを可変する構成としてもよい。即ち、車速Ｖが大となるほど運転者は高いステアリング剛性感を求める傾向がある。従って、車速Ｖが大となるほど閾値αを大きな値に変化させることで、高速走行時に要求されるステアリング剛性感と低中速走行時ステアリング操作に対する優れた応答性とを両立させることができる。

車両用操舵装置の概略構成図。 車両用操舵装置の制御ブロック図。 （ａ）（ｂ）伝達比可変制御の作用説明図。 回生モードへの切替判定の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…ステアリング、６…転舵輪、８…伝達比可変装置、９…ＩＦＳＥＣＵ、１３…モータ、２１…マイコン、２２…駆動回路、３０…車載電源、θta…ＡＣＴ角、θta*…ＡＣＴ指令角、Δθta…偏差、α…閾値、θs…操舵角、Ｖ…車速、Ｓc…切替信号。

Claims (2)

1. ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記転舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングの舵角と前記転舵輪の舵角との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、前記伝達比可変装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、指令値と実際値との偏差に基づくフィードバック制御によりモータを制御する車両用操舵装置であって、
   前記制御手段は、前記偏差が所定の閾値以下の場合には、前記モータの制御を回生モードに切り替え、
   前記制御手段は、車速が大となるほど前記閾値を大きな値に変化させること、を特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、操舵角が所定値よりも大きい場合には、前記回生モードへの切替を行わないこと、を特徴とする車両用操舵装置。

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